Текст книги "О природе людей"

Физико-химическое основание жизни

Поскольку нам вполне хватает проблем, в нашем современном мире, и на Земле, то мы и опустим вопросы микромира, Большого Взрыва, эволюцию звёзд, самой Земли, и её космического будущего, а перейдем к прошлым и настоящим событиям непосредственно на ней, и начнём с упомянутых выше микрочастиц, – атомов. Атомы, и являются простейшими частями соединений, определяя их химические и физические свойства. Из них, и состоят чувственно воспринимаемые соединения: газы, жидкости и твёрдые тела. И вполне естественно, что с атомов, и начинается эволюция на Земле.

Атомы, состоят из нейтронов (кроме водорода 1), протонов и электронов. Протон и электрон имеют равные электрические, но противоположные по знаку заряды, число электронов равное числу протонов, и в каждом атоме оно различно. Протоны и электроны в атоме, связаны между собой, ядерными и электрическими притяжениями.

В центре атома, в его массивном ядре, находятся положительно заряженные протоны, удерживаемые ядерными притяжениями, и нейтроны. Лёгкие, отрицательно заряженные электроны, вращаются вокруг ядра по своим устойчивым, стационарным орбитам, сохраняя свою энергию. Переход на другие орбиты, приводит к потере или к поглощению электроном порции энергии. Количественный состав, и состояние атома, и определяют его свойство

Отдельные, неподвижные, и электрически нейтральные атомы, существуют только в таблице Менделеева. В действительности, атомы, обладая массой, и находясь в непрерывном движении, оказывают воздействие на другие атомы, измеряемое механической кинетической энергией, энергией движения, которая воспринимается нами, как температура. А внешним воздействием, в чём недостатка не бывает, электроны не только, переходят на другие орбиты, но и удаляются и присоединяются, вследствие чего атомы, становятся электрически заряженными, и способными к взаимосвязи, измеряемой энергией связи, – потенциальной электрической энергией.

И такие атомы, находясь в случайном непрерывном движении, сталкиваясь, соединяются во взаимодействии, в стабильные молекулы, молекулярные ионы или кристаллы. Стабильность, устойчивость соединений, обеспечивается минимальной потенциальной энергией связи, при которой притяжение в соединении, максимальное.

Молекулы, и свободные атомы, случайно сталкиваясь между собой, в свою очередь, тоже вступают во взаимодействие, соединяясь в более сложные соединения. Их связи, подвергаются испытанию на устойчивость, в следующем случайном взаимодействии. Происходит естественный отбор, устойчивых связей. Слабые связи в молекулах, при взаимодействии разрываются, и их осколки, вступают в новые взаимодействия. Возникшие устойчивые соединения, с необходимостью приобретающие свойства, отличные от свойств исходных соединений, приобретают и возможность, вступать в новые связи, образуя ещё более сложные соединения. При благоприятных условиях, возможность становится действительностью, в результате чего, могут возникнуть последовательные, устойчивые связи соединений, – линии развития.

Энергия связи атомов, в достаточной мере проявляет себя, только на расстояниях соизмеримых с их размерами. Поэтому, взаимодействие между ними и молекулами, возможно только на этих расстояниях, и, следовательно, в ограниченном объёме, и с ограниченным их количеством. Поэтому, если в ближайшем окружении, образуются несколько линий развития, то между ними возникает борьба за строительный материал. А победителями в ней, окажутся линии, соединения которых, не только устойчивые, но и имеющие большую возможность присоединять новые атомы; а имеют её те, у которых атомов, имеющих возможность вступить во внешнее взаимодействие, больше. Побеждают те, которые объединяет в себе, противоположности, – устойчивость и изменчивость. Те, которые, кинетически совершеннее. Кинетическое совершенство, – под каким названием, ввёл его в эволюционную биологию С.Э. Шноль, – и является критерием естественного отбора, задающим развитию направленность.

Свойства, накопленные соединением, за всю предысторию своего развития, и внешние обстоятельства на данный момент, задают возможность и направление следующего шага развития. Развитие может продолжиться, изменить направление, разъединится, соединиться, прекратиться или вообще разрушиться. Но, оно, необратимо.

Необходимый для обратного развития, разрыв соединений, как следствий предшествующей цепи случайных причин, не зависит уже от них, а зависит от другой, цепи случайных причин. А поскольку, необходимая для обратного развития, «траектория» в цепи случайностей невозможна, то эти случайности, становятся причиной разрушения развитого.

Развитие, сосуществует, с разрушением. А поскольку, как развитие, так и разрушение, последовательно направляются от причин к следствию, то и «течение» времени, определяемое этим, – необратимо.

Не всякого изменения в соединении, достаточно для образования нового качества, для этого требуется, превышающее меру устойчивости качества, и его количество, которое и меняет его скачком. Поэтому развитие, происходит чередованием эволюций, при которых происходят количественные изменения качества, и революций, изменяющих качество соединений. Но по исторической причине, развитие и эволюция, стали синонимами.

Развитие, в своём многообразии, имеет вероятностный характер, направление его кинетическим совершенством, имеет тенденцию, закономерность, и конечного заданного результата, Природа не предусматривает, она творит, не ведая о последствиях, – ей «в грядущем нет желанья, и прошедшего не жаль».

Поскольку наш мир, насколько мы его знаем, состоит из устойчивых атомов, находящихся в непрерывном взаимодействии, то он обречён на развитие своей структурной организации. Вопрос только в том, откуда и куда, он, в своей бескрайности, развивается. Этого знать, мы не можем. Но о ближайшем прошлом, мы кое-что знаем, а о ближайшем грядущем, не мешало бы подумать.

Продолжая рассмотрение взаимодействия, обратимся к соединению атомов; обратимся к знакомым нам вещам, в форме физических тел. Взглянем на их внутреннее устройство, и выясним их способности к дальнейшему развитию.

В газе, средняя кинетическая энергия молекул, превышает среднюю потенциальную; расстояние между молекулами газа, равно примерно 10-и размерам самих молекул. Это обеспечивает свободное взаимодействие между молекулами, но слабые связи в газе, разрываются их кинетической энергией, что делает образование сложных соединений в газе невозможным. Образовавшиеся в газе соединения (под воздействием внешней энергии), масса которых достигает величины, делающую потенциальную энергию тяготения, большей средней кинетической энергии газа, не могут находиться в газе.

В противоположность газу, в твёрдых телах, потенциальная энергия связи превышает кинетическую. В твёрдом теле, атомы плотно упакованы, и совершают только незначительные колебательные движения. Это обеспечивает их устойчивость, но препятствует изменчивости. Не лучше обстоит дело и с взаимодействием этих тел как целых, у которых кинетическая энергия, может быть выше энергии связи атомов. Сталкиваясь при определённой скорости, они разрушаются.

Остаётся одна надежда, на жидкости. И действительно, жидкости, занимают промежуточное положение, между газом и твёрдым телом. Кинетическая и потенциальная энергии в жидкости равны. Атомы и молекулы в ней, плотно сжаты, но не связны, благодаря чему, они могут свободно перемещаться и взаимодействовать; плотность жидкости, со свободным перемещением в них атомов, и придают ей в развитии, особое значение.

Связи атомов многих твёрдых тел, жидкостью разрываются, и их атомы создают с жидкостью смесь, – растворы, или образуют с её атомами химические соединения. И поэтому-то, жидкости и являются самой благоприятной средой для химических взаимодействий и превращений. Но сами жидкости, образовать устойчивых соединений, тоже, не могут.

Особое место среди жидкостей, занимает вода. Занимает тем, что своими физическими и химическими свойствами, и своим распространением на Земле, став колыбелью жизни, задала ей, и форму.

Итак, эти физически и химически изменчивые представители Природы, к дальнейшему своему развитию не пригодны. Их развитие, начавшись ещё в Космосе, закончилось на Земле тогда, когда она была ещё в расплавленном состоянии. В расплаве, в горячей жидкости, и образовалось большинство химических соединений. Этих соединений, газов и твёрдых тел, получивших название минеральных, насчитывается несколько сот тысяч. Остывая, расплав начал кристаллизоваться, двигаясь не торопясь, к вершине своего развития.

При кристаллизации, столкновение атомов и молекул носит случайный характер, но каждый атом в кристалле, может занять только место, определяемое его устойчивым свойством, и поэтому, через массу случайностей, прокладывает себе дорогу порядок и гармония. А самый твёрдый кристалл, алмаз, образуют атомы углерода. И многие кристаллы, для нас представляются идеалом красоты; а горы, в нагромождении которых кристаллы принимают непосредственное участие, со своими стремительными вершинами, первозданной мощью и необузданной свободой, не менее красивы.

Эта красота, придел их совершенства. На этом их развитие закончилось. А тот булыжник, о которого мы часто спотыкаемся, и который в массовом сознании, олицетворяет материю, действительно, к сознанию прямого отношения не имеет. Но как увидим ниже, всё-таки имеет, – но только, косвенное.

* * *

Как следует из выше изложенного, и как будет видно, из ниже изложенного. Творец многообразия, устойчивой и изменчивой Природы, – материальные тела, с противоположными свойствами, находящиеся в случайном взаимодействии. Творец, – единство необходимости и случайности.

Органический синтез

«Гадким утенком», превратившегося не только в красавца лебедя, оказалось соединение углерода и водорода, – углеводороды. И действительно, разве можно сравнить красоту сверкающих гранями кристаллов, с чёрной, липкой, с неприятным запахом жидкостью, называемой нефтью, или, с вообще неощущаемым газом.

Углеводороды, простейшие органические соединения, и до температуры около 300 °C является самой химически устойчивой молекулой, что обеспечивается особенностью атомной структуры углерода и водорода. Уступая кристаллу красотой, эти устойчивые и различной длинны молекулы, давая возможность своим атомам, вступать во внешнее взаимодействие, создают и возможность, для образования сложных устойчивых соединений. Структура углеводородов, и становится основой кинетического совершенства органических соединений.

В состав сложных органических соединений, кроме углерода и водорода, входят, такие же лёгкие и близкие по структуре к углероду, азот и кислород, и, в небольшом количестве, фосфор и сера. Всё живое на Земле, в основном, и состоит из этих элементов. Остальных атомов в их составе несколько процентов. В теле человека, например, около 96 % его массы, составляет масса первых четырёх элементов. Фосфор, сера, кальций и калий, составляют примерно 3 % от всей массы, а все остальные, 1 %.

Органических соединений, включая и искусственных, около десяти миллионов.

Образование простейших органических соединений, основы живых организмов, их синтез, начался ещё в первичной атмосфере, и тогда, когда Земля остыла до температур их устойчивого существования. Первичная атмосфера молодой Земли, предположительно, состояла из метана, аммиака и паров воды. Свободный кислород, в ней отсутствовал, и это обстоятельство очень важно для синтеза первичных белков, поскольку кислородом, белки окисляются и разрушаются.

В этой первичной атмосфере, под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца, электрических разрядов молний, тепла вулканов и других источников энергии, и синтезировались простейшие органические соединения, – аминокислоты и азотистые основания нуклеотидов. Имея молекулярную массу около ста и более, они, не имея возможности находиться в обществе своих лёгких родителей, опускались в воду, образуя коллоидный раствор, «бульон», в котором и продолжилось развитие.

Возможность этого синтеза, доказана многочисленными лабораторными опытами. Эти опыты, устранили сомнения в возможности естественного образования органических соединений, из минеральных.

В лабораторных опытах, были получены аминокислоты, которые не обнаружены в живых организмах. Поэтому, можно предположить, что первоначально их было на много больше, чем сейчас, но естественный отбор на устойчивость, сохранил их только около тридцати.

В воде, продолжились взаимодействия, но уже между различными аминокислотами, и различными, азотистыми основаниями нуклеотидов, и началась полимеризация аминокислот в простейшие белки, и азотистых оснований нуклеотидов, в нуклеотиды.

Как подтверждают лабораторные опыты, полимеризация могла происходить как в воде, с участием катализаторов, так и на местах часто пересыхающих мелководий. В последнем случае, полимеризация могла происходить на песке, прогреваемом солнцем, а полимеры смывались следующим появлением воды. Здесь, в воде, при полимеризации, видимо и происходит окончательный отбор аминокислот, которые вошли во все организмы. Их всего 20, остальные встречаются редко. Произошёл отбор и азотистых оснований нуклеотидов, молекулярного «алфавита», ДНК, которым и «записывается» структура белков. Их всего 5.

Вероятно во время полимеризации, и началось складываться взаимопонимание, сотрудничество и дружба, между аминокислотами и нуклеотидами. Что в конечном итоге, и привело к созданию артели, по ускоренному производству белов.

Во главе артели, несущая ответственность за её белковое содержание, становится устойчивая сдвоенная молекула ДНК, состоящая из сочетаний четырёх нуклеотидов. Сочетание связей нуклеотидов, в сдвоенной молекуле ДНК, определяет и связи аминокислот будущего белка. Молекулярная масса ДНК доходит до нескольких сотен миллионов. Три различные, и небольшие молекулы РНК, по копии, с необходимого участка ДНК, совместно, на строительной площадке, в соответствие этому сочетанию, и соединяют аминокислоты в белок. Белок с молекулярной массой около миллиона, собирается всего за несколько минут. А время полураспада, белков, часы и месяцы.

Белки, своими разнообразными, физическими и химическими свойствами, и организуют, её внутренние обменные взаимодействия. Так, стихийное взаимодействие молекул, было обуздано согласованным взаимодействием ДНК и аминокислот, и положенное в основание жизни, стало её фундаментом.

Клетка

Производство белка, их упорядоченное взаимодействие, между собой, сложные физические и химические автоматические процессы, которые не могут происходить в больших объёмах и «на семи ветрах», подвергаясь случайным воздействиям.

Возможностей, для ограждения микроскопического процесса, от внешних воздействий забором, превращающего его в изолированную клетку, много. Первые клетки, могли образоваться из капель «бульона», на прибрежных глинах. Другая возможность, и сейчас наблюдается, в море. Эта возможность, предоставлена некоторыми органическими молекулами, имеющими заряд на одном своём конце. Такие молекулы, обращённые зарядом к поверхности воды, и образуют на ней плёнки, толщиной в свою длину. А поверхность воды, даже в тихой заводи, редко бывает спокойной, и микроскопическая капля «бульона», покрытая плёнкой, легко может оторваться от воды. Заряженные концы молекул плёнки, обращены к капле, а падая обратно в воду, капля, прогибая плёнку на её поверхности, может обрести и вторую плёнку, но с зарядами, обращёнными наружу, к воде.

Мембраны клеток, и состоят из двух слоёв плёнок, между молекулами которых, имеются, изменяющие свои размеры поры, через которые, с участием ионов натрия, калия и кальция, и осуществляются обменные процессы между клеткой и внешней средой.

Первые клетки, ещё очень простые и не имеющие ещё ядра, усваивая вещество внешней среды и производя белок, должны были увеличиваться в размере, – расти. Но рост, не мог быть безграничным, ибо увеличение объёма клетки, приводит к неустойчивости синтетических реакций внутри её, и разрушению самой клетки. Но не всякое разрушение клетки, приводит к гибели её осколков. Некоторых осколки клеток, могли перехватывать эстафету синтеза, у своих родителей. Так возможно, и появилось размножение, делением клетки, И с тех пор, как развитие и разрушение породнились, этот процесс, на Земле не прекращается, и длиться уже, несколько миллиардов лет.

Но полное разделение клетки, не единственная возможность обеспечения устойчивости синтеза. С развитием клеток, в них обосабливаются внутренние обменные, и синтетические процессы. Поэтому, клетки, имеют сложнее строение, и некоторые имеют «гигантские» размеры, достигающее несколько сантиметров в длину. Самые большие клетки – яйца птиц, но они зародышевые. С делением клеток, связано и образование многоклеточных организмов, но как, и почему это произошло, мы ещё не знаем.

Молекула ДНК очень устойчива, но и её устойчивость не безгранична. При различных воздействиях, возможны небольшие изменения в ДНК, что при делении клетки, и приводит к изменениям в новых клетках. Будут ли это изменения, прогрессивными или нет, решается уже за пределами клеток.

По данным палеонтологии, простейшие формы органических живых тел, одноклеточные организмы, появились около 3,5 миллиардов лет, тому назад.

Так ли приблизительно, как изображено выше, или несколько иначе, происходило зарождение клетки, основы жизни, это не так и важно. Важно другое, важно то, что для её зарождения, есть естественные предпосылки. А предпосылки эти, в свойствах и законах движущейся материи, представленной в лице атомов и молекул, участвующих в органическом синтезе.

Среди учёных, связанных вопросами зарождения жизни, нет единого мнения по поводу непосредственной причины её появления, но, о естественности этой причины, у них разногласий нет, – в этом, они едины. А многочисленность, возможных конкретных причин зарождения жизни, говорит о её закономерности и неизбежности в земных условиях.

Жизнь

Здесь мы, с этапом органического синтеза в развитии, вследствие чего и зародилась клетка, прощаемся, и переходим к биологическому взаимодействию живых организмов.

Живой организм, это обособленная часть, некогда существовавшего в истории становления Земли, естественного органического синтеза. Часть, ставшая особью, с замкнутым органическим синтезом и внутренними обменными процессами, но сохранившая связь с внешней средой, как с местом и источником своего существования. А жизнь, это обменное взаимодействие живых особей между собой, и неорганической природой; их рост, размножение, с сохранением структурной организации, и эволюционное изменение форм. А если коротко, – «способ существования белковых тел».

Сохранение устойчивой структурной организации особей, в обменном взаимодействии, и отличает их от неживых, минеральных тел, структура которых, при их взаимодействии изменяется. Но провести абсолютную границу, между ними, невозможно, а невозможно потому, потому что всякая граница, есть состояние качественной неопределённости; скачок, разделяющий только качественно устойчивое, определённое. Вирус не взаимодействуя, существует, не изменяясь, но устроившись в живой клетке, размножается. Он как граница, и минерал, и живой, он и ни тот, и ни другой, поскольку чего-то третьего, в качестве границы, существовать не может.

Новорождённая жизнь, жизнь ясельного возраста, ещё плавала среди дармовых харчей, – органических соединений естественного происхождения, – и поэтому проблем с ними не было. Только не ленись, – открывай рот, и вкушай плывущие, в него яства. Никто друг друга не насиловал, поскольку такой необходимости, да и способности, ещё и не было. Это время, можно было бы назвать и земным раем, если бы не одно обстоятельство. Представители первой жизни, вряд ли имели одинаковые способности к вкушению. Если это так, то недостаточно способных, цивилизовано, и вытеснила из жизни уже знакомая нам, и ныне единственная ее представительница, – живая клетка, ставшая основой всех организмов.

Изменившаяся атмосфера Земли, появление в ней кислорода, сделала невозможным естественный органический синтез. И некоторые организмы перешли, под воздействием излучаемой солнцем энергии, на их внутренний синтез, и в основном из воды, углекислого газа и соединений азот. Такими умельцами, оказались предки растений, и с той поры, растения, и остались единственными поставщиками органических соединений травоядным животным, а травоядные хищникам. Между ними, включая и микроорганизмы, и развернулось биологическое взаимодействие.

Свойствами тел-особей, как целого, и определяются особенности взаимодействия и их следствия. Естественно, что ни сами свойства этих тел, ни их изменения, не возможны без соответствующего им внутреннего содержания, и его изменения. А это изменения, результат изменения составных частей молекулы ДНК, – генов: как случайных при размножении клеток делением, так и организованных, при половом размножении; а возможно, и не открытых, ещё, закономерных.

Те особи, сохранённое или изменённое содержание которых, не обеспечивает необходимых свойств, для успешного взаимодействия в условиях своего существования, уступают место на сцене жизни, счастливчикам.

Нам, нет необходимости, рассматривать биологическое развитие во всей её раскрытой полноте, – оно изложено в обширной литературе. А рассмотрим мы, только развитие высших животных, да и то, не касаясь внутреннего содержания и свойств животных, во всём их разнообразии, нам это не нужно. Нам, рассматривая только существенные ступени в развитии жизни, направляемой кинетическим совершенством, необходимо отметить только, то существенное в содержании животных тел, и в деятельных их свойствах, которое и обеспечивает это совершенство.

Жизнь даже простейших организмов, не возможна без стабилизации их внутренних обменных процессов, которая в простейшем случае, в клетке, обеспечивается автоматическим регулированием уже самим свойством химических реакций, – замедляться с увеличением концентрации продукта реакции, и ускорятся с её уменьшением.

При простейшем автоматическом регулировании, у животных, избыток или недостаток вещества, вызванных изменением в обменном процессе, оказывая обратное воздействия на процесс, восстанавливает его. Это гуморальное регулирование, обменных процессов.

На более высоком уровне развития живого организма, когда у животных, появляются морфологически специализированные многоклеточные органы, между которыми устанавливается физиологическое взаимодействие, появились и органы (железы) выделяющие химические вещества, гормоны, обеспечивающие гормональное регулирование функциональной согласованности, всего организма.

Стабилизирующее регулирование, в неразрывной и замкнутой цепи связей в контуре, физических, химических и физиологических процессов; отслеживающее их отклонение, от необходимой меры, – следящее регулирование.

Возможно уже на уровне клетки, белки, организуя обменные процессы в ней, оказывают и обратное воздействие на ДНК; а в зародышевой клетке, поочерёдно синтезируемые специфические белки, воздействуя на ДНК, разворачивают программу развития организма особи.

Физиология живых организмов, уходит в основание биологическое взаимодействия особей, с внешней средой. Во взаимодействие, которое, начиная с простейших его форм, и определяет направление дальнейшего развития, как самого взаимодействия, так и физиологии.

Простейшее биологическое действие особи, – раздражимость. Раздражимость, это реакция особи на внешнее воздействие, химическим и физическим внутренним изменением, соответствующим воздействию, Эти изменения и запускают, физиологическую реакцию, направленную, на вещественный обмен.

Раздражимость, обеспечивающая взаимодействие с внешней средой, только при непосредственном и случайном контакте, не может обеспечить с ней, устойчивого вещественного обмена. И поэтому, микроорганизмы, полностью зависящие от случайностей внешней среды, существуют только благодаря огромной скорости своего размножения.

Преимущество получили, те организмы, которые, не ожидая милости от природы, в многочисленных своих эволюционных и революционных изменениях, приобрели способность к внешнему перемещению. А для перемещения особи в пространстве, необходимы для начала, хотя бы самые простейшие способы движения, с энергетическим обеспечением, всё теми же физическими и химическими внутренними процессами. Эти процессы, могут повышать поверхностное напряжение, и давление (тургор), в некоторых участках живого тела, что и обеспечивает ему простейшие физические движения. Разделение электрических зарядов электрохимическими процессами на противостоящих участках тела, становятся причиной их относительного физического движения, а это, основой развития органов движения животных. Наши руки и ноги, с электрическим приводом.

Внешнее раздражение, или внутреннее изменение, недостаточностью жизненно необходимых веществ, вызывают физиологическую реакцию, которая посредством своей непрерывной внутренней связи, приводит особь, к простейшему внешнему физическому движению.

Перемещение особи, в более богатое необходимым ей веществом место, увеличивает вероятность непосредственного контакта с ним, но не гарантирует его, и не гарантирует её выживание. Но выживание и развитие вида данной особи, не зависит от отдельной особи, а зависит от количественного отношения выживания и размножения особей. Если выжившие особи, размножаясь, восстанавливают исходную свою численность или увеличивают, то вид сохраняется или распространяется.

Но вид, не завися от отдельной особи, зависит от особей, ибо без особей вид не существует, как не существует «общее», без «единичного». А какие особи, такой и вид, и поэтому, биологическое развитие, непосредственно, и связано с особью.